一种分段式金属条磁场探头的制作方法

本发明属于电磁干扰和电磁兼容领域，具体涉及一种分段式金属条磁场探头。

背景技术：

随着电子技术的发展，芯片和电路板趋向于小型化，这导致电磁干扰问题变得更加严重。因此，准确测量芯片和电路板上的电磁场可以帮助我们优化布局并解决电磁兼容问题。近场扫描技术可用来测量电磁场强度，其得到了快速的发展。

电磁探头是近场扫描技术中的关键部分。磁场探头可以用来耦合芯片等辐射出来的磁场能量，得到芯片表面的磁场分布情况，分析电磁兼容性问题，有助于优化电路布局。磁场探头通过耦合的方式来探测磁场信号能量，伴随其中的还有一部分电场干扰能量。磁场探头的性能包括灵敏度、空间分辨率、电场抑制比、测量精度、带宽等。灵敏度是指磁场探头可以测量的最小信号；空间分辨率是指磁场探头识别电磁干扰源位置的能力；电场抑制比指的是磁场探头耦合到的磁场信号能量与电场干扰能量之比；测量精度是指理想磁场强度与磁场探头测得的实际磁场强度之间的误差；带宽是指探头可以正常工作的频率范围。

为了提高磁场探头的性能，各专利提出了一些行之有效的磁场探头结构。公开号为cn109655770a的中国专利提出了一种叠加放置型差分磁场探头结构，该磁场探头以灵敏度为代价提高了探头的电场抑制比性能；美国专利us9684040在磁场探头头部插入有着滤波功能的c型环结构，同样提高了磁场探头的电场抑制比性能，但其尺寸要求严苛，对工艺要求度高。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种分段式金属条磁场探头，在不损害带宽、灵敏度、空间分辨率的前提下提高探头的电场抑制比性能，同时满足结构简单、加工容易等优点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种分段式金属条磁场探头，包括介质基板、地平面、信号线、分段式金属条、短接通孔和并地通孔；其中：

介质基板包括多层介质，每层介质上下设有金属层；

地平面包括上下两层，占用底层金属层和顶层金属层，上下两层地平面都设有t型开口且开口面积相同；

信号线占用中间层金属层，其在t型开口的一端为开口环状，位于t型开口的外侧，另一端呈直线状，信号线与地平面平行；；

分段式金属条占用其他金属层；

短接通孔位于信号线末端、t型开口外侧，将所有金属层短接，形成电流闭合环路；

并地通孔位于分段式金属条的端部，将分段式金属条与地平面并联。

优选地，分段式金属条占用一层或多层金属层。

优选地，分段式金属条与信号线在垂直方向上对齐、平行，二者线宽相等。

优选地，每层分段式金属条均包含左、右两段金属条，分别位于t型开口左、右两侧，在垂直方向上不遮挡t型开口。

优选地，并地通孔为一个或多个。

优选地，并地通孔仅连接分段式金属条和地平面，不与信号线相接。

本发明的有益效果为：本发明的分段式金属条磁场探头在传统磁场探头的结构基础上插入一层或多层分段式金属条，并通过并地通孔将分段式金属条与地平面并联，在不影响带宽、灵敏度、空间分辨率等性能的情况下增强了磁场探头的电场抑制能力，提高了磁场探头的电场抑制比。同时，本发现具有设计简单、加工容易等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施例中分段式金属条磁场探头的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中分段式金属条磁场探头介质基板、地平面、信号线、分段式金属条的相对位置示意图；

图3为本发明一个实施例中分段式金属条磁场探头的导体分层示意图；

图4为本发明一个实施例中分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)仿真得到的磁场能量和电场干扰结果图；

图5为本发明一个实施例中分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)的电场抑制比的性能结果图。

图中：1-介质基板、2a-底层地平面、2b-顶层地平面、3-信号线、4-分段式金属条、5-短接通孔、6-并地通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

针对现有磁场探头电场抑制比性能差这一缺陷，本发明提供一种分段式金属条磁场探头，包括介质基板、地平面、信号线、分段式金属条、短接通孔、并地通孔六个部分。其中：

介质基板由多层介质组成，每层介质上下表面可覆铜(这里不仅限于铜，导电金属都可以)，形成多层金属层；介质基板起到支撑、隔离金属层的作用，还起到传输信号的作用。

地平面包括上下两层，占用底层金属层和顶层金属层，跨接在介质基板上，与介质基板形成一个置物空间；另外，上、下两层地平面都有t型开口，开口面积相同。

信号线位于中间层金属层，与地平面平行；信号线在上述t型开口的一端被设计为开口环状，位于t型开孔的外侧，其另一端呈直线状。

分段式金属条占用一层或多层金属层，位于地平面和信号线之间；当分段式金属条仅占用一层金属层时，信号线上方或下方中，有一方没有分段式金属条。

短接通孔位于信号线末端、t型开口外侧，将所有金属面短接，形成电流闭合环路；

并地通孔含一个或多个通孔，位于每段分段式金属条两端，将分段式金属条与地平面并联。

本发明中的分段式金属条磁场探头结构与传统磁场探头结构相比，最大的改进在于增加了分段式金属条和并地通孔。分段式金属条分布在信号线上方和下方，与信号线在垂直方向上对齐、平行；每层分段式金属条又包含左、右两段金属条，分别位于t型开口左、右两侧，在垂直方向上不遮挡t型开口。并地通孔不与信号线相连，可分为下层并地通孔和上层并地通孔，其数量及位置随分段式金属条的数量及位置的确定而确定。

为了使本发明的分段式金属条磁场探头更加清楚，以下以7层金属层为例进行说明：

如图1至图3所示，本案例的分段式金属条磁场探头包含介质基板1、底层地平面2a、顶层地平面2b、信号线3、分段式金属条4、短接通孔5、并地通孔6。其中：

介质基板1包括六层介质(从下往上依次命名为s1、s2、s3、s4、s5、s6)，每层介质上下表面皆覆铜，形成七层金属层(从下往上依次命名为l1、l2、l3、l4、l5,、l6、l7)，起到支撑、隔离金属层的作用，还起到传输信号的作用。

地平面2a和2b占用底层金属层l1和顶层金属层l7，其一侧都有t型开口，开口面积相同，另一侧铜箔全覆盖，无开口。

信号线3占用中间层金属层l4，其位于上述t型开口的一侧被设计为开口环状，绕t型开孔一周，其另一侧为直线状。

分段式金属条4占用l2、l3、l5、l6共四层金属层，其中l2、l3层金属层位于信号线下方，l5、l6层金属层位于信号线上方。每层分段式金属条又包含左、右两段金属条，分别位于t型开口左、右两侧，在垂直方向上不遮挡t型开口。

短接通孔5位于信号线末端、上述t型开口外侧，从下往上依次通过底层地平面l1、分段式金属条l2和l3、信号线l4的开口环末端、分段式金属条l5和l6、顶层地平面l7，形成闭合环路。

并地通孔6一共含6个并接通孔，其中下层并地通孔和上层并地通孔各3个，分别位于信号线下方和信号线上方，不与信号线相连。下层并地通孔从下往上依次通过底层地平面l1、分段式金属条l2、l3，将下层分段式金属条与底层地平面并联；上层并地通孔从下往上依次通过分段式金属条l5、l6，顶层地平面l7，将上层分段式金属条与顶层地平面并联。并地通孔将分段式金属条与地平面并联，在不影响带宽、灵敏度、空间分辨率等性能的情况下提高了探头的电场抑制比。

图2为本案例分段式金属条磁场探头的介质基板1、地平面2a和2b、信号线3，分段式金属条4的相对位置示意图。本案例的分段式金属条磁场探头的各介质层厚度如图所示，介质层s1的厚度为h1，介质层s2的厚度为h2，介质层s3的厚度为h3，介质层s4的厚度为h4，介质层s5的厚度为h5，介质层s6的厚度为h6，另外，各金属层铜箔的厚度为t。

图3为本案例分段式金属条磁场探头的导体分层示意图。在本案例的分段式金属条磁场探头结构中，地平面t型开孔的开孔高度为a，开孔宽度为b；信号线线宽为c，与分段式金属条线宽等宽；另外，每层分段式金属条分左、右两段，每段段宽为d。

本案例采用微带线作为待测件，使用电磁仿真软件来验证分段式金属条磁场探头的性能。微带线的一端设置为port1，另一端设置为port2；磁场探头的输出端设置为port3，分段式金属条磁场探头探测到的磁场强度的相对大小可用s31来表示。另外，本案例使用不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)来与分段式金属条磁场探头(实验探头)作性能对比。

图4为本案例中分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)仿真得到的磁场能量和电场干扰结果图。从图中可以看出，当频率从100mhz到12ghz时，在探头头部插入分段式金属条可以增强磁场探头的电场抑制能力。当频率为10ghz时，本案例中分段式金属条磁场探头(实验探头)耦合到的电场干扰能量比不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)耦合到的电场干扰能量降低了5.1db。

图5为本案例中分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)的电场抑制比性能结果图。电场抑制比定义为当磁场探头位于微带线正上方时，其耦合到的磁场能量和电场能量的比值。图示结果显示，当频率增加时，分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)的电场抑制比都有一定程度的恶化。当频率为10ghz时，分段式金属条磁场探头(实验探头)与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)的电场抑制比分别为22.2db和17.3db。与不含分段式金属条的磁场探头(参考探头)相比，本案例的分段式金属条磁场探头(实验探头)的电场抑制比提高了4.9db。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。